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Principes du solaire thermique

Un tuyau d'arrosage exposé au soleil ne vous a-t-il jamais procuré une sensation de confort lorsque vous vouliez prendre une douche pendant vos vacances ? C'est bien cette énergie gratuite qu'il faut préserver et qu'il faut adopter par une prise de conscience personnelle et collective.

L'engagement de la France dans le cadre de la lutte contre le changement climatique (dixit le protocole de Kyoto) est désormais de valoriser les énergies renouvelables au même rang que ses voisins européens. Pensez qu'un mètre carré de capteur solaire réduit les rejets de gaz carbonique du même volume que produit une voiture parcourant 2000 km, soit environ 300 kg par an. Le solaire thermique est un moyen efficace de réduire les émissions de gaz à effet de serre et nous fait participer, en citoyen du monde, à notre avenir.

En ces périodes de préservation de l'énergie, de l'augmentation des énergies dites fossiles, le chauffage (70%) et l'eau chaude sanitaire (15%) qui représentent ensemble 75 % des dépenses d'énergie du logement, sont des postes très coûteux pour une famille. Les pouvoirs publics, conscients de l'enjeu économique mettent une série d'aides et de crédit d'impôt incitateurs qui ramènent désormais la rentabilité à un niveau plus que jamais intéressant.

Le chauffage solaire, ça marche pour l'eau chaude et le chauffage également

Le capteur solaire c'est un peu comme ce tuyau d'arrosage évoqué plus haut. Il est placé soit en toiture, soit sur un support à même le sol, et reçoit l'énergie du soleil. Un circuit hydraulique, composé d'une pompe de circulation et d'un régulateur, transfère la chaleur du capteur solaire vers un ballon à accumulation via un échangeur. Ce ballon emmagasine l'eau chaude et la restitue selon vos besoins.

Que cela soit au sud de la France ou au Nord, les installations solaires génèrent entre 30% et 60% d'économies d'énergie.

Il est clair qu'à Nice, l'ensoleillement est supérieur et la proportion est plus proche des 60%. Néanmoins, à Strasbourg, la quantité de consommation de chauffage est largement supérieure, et 30% économisés représentent une économie d'énergie et financière équivalente voire supérieure.

A noter que les apports solaires sont captés et « mis en réserve » dans un ballon d'accumulation, pour couvrir les besoins. En fonction de l'ensoleillement, il peut donc y avoir des moments où la disponibilité en calories est supérieure aux besoins (eau chaude, chauffage) et des moments où elle n'est pas suffisante. Pour cela, une autre source d'énergie est nécessaire pour combler ce que l'on appelle la « couverture solaire » et fournir le complément pour chauffer l'eau chaude sanitaire à la température ainsi que le chauffage.

Cela peut représenter : 

  • Une résistance électrique dans un ballon qui se déclenche automatiquement en heures creuses ou sur demande,
  • Une chaudière fioul, gaz, bois, …
  • Une pompe à chaleur, ... 

Les opérations les plus courantes sont les suivantes :

Pour une maison :

  • Une installation solaire pour les besoins d'eau chaude sanitaire, appelée communément « CESI » (Chauffe Eau Solaire Individuel).

C'est l'installation la plus simple.

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source Chaffoteaux & Maury

Une installation solaire pour les besoins de chauffage + d'eau chaude sanitaire, appelée communément « SSC » (Système Solaire Combiné)
Pour éviter des stockages d'eau chaude trop importants, les systèmes de chauffage à basse température sont couramment utilisés, comme le plancher chauffant.

Le système est alors appelé PSD ® « Plancher Solaire Direct », c'est le système solaire combiné le plus répandu en France à ce jour, bien qu’encore peu utilisé : on compte actuellement environ 3 500 réalisations en fonctionnement en France, avec une grande majorité dans les régions alpines. Les PSD constituent pourtant, selon le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), l'une des applications les plus intéressantes de l'énergie solaire au chauffage des locaux, combinée avec la production d'eau chaude sanitaire.

Ce type de SSC présente en effet l'avantage d'un encombrement réduit, puisque le stockage solaire pour le chauffage est intégré au plancher. D'autres systèmes basse température sont également recommandés comme les planchers chauffants et /ou les radiateurs basse température.

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Pour un immeuble d'habitation :

  • Une installation solaire pour les besoins d'eau chaude sanitaire collective

C'est l'installation la plus recommandée à condition qu'une surface soit disponible pour installer les capteurs au sol, en toiture, sur terrasse. Comptez d'ores et déjà 2 m² de capteur par logement (1 m² de capteur solaire pour 50 à 70 litres d'ECS selon la région).

A condition qu'il existe également un local technique pour le stockage de l'ECS solaire, comptez environ 100 litres de stockage solaire par logement.

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Piscine ?

Pensez également à couvrir les besoins de votre piscine si vous en possédez une ou si votre résidence en possède. C'est une simple dérivation et vous ferez en sorte d'évacuer le trop plein d'énergie solaire pour un confort accru de votre installation. Dans ce cas, le circuit « piscine » est ainsi considéré comme non prioritaire, c'est-à-dire que l'énergie solaire est envoyée prioritairement vers le circuit d'eau chaude sanitaire, puis de chauffage et en dernier lieu de piscine.

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Les systèmes de chauffage à énergie solaire

Le CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel) est un système qui permet de produire son eau chaude avec des capteurs solaires. Le soleil ne pourra pas couvrir la totalité des besoins mais une part assez importante, entre 50 et 80% des besoins annuels. Il y a donc nécessité d'une énergie d'appoint qui fournit le complément.

Le principe de fonctionnement est simple, le fluide caloporteur qui arrive du capteur réchauffe le ballon d'eau chaude par l'intermédiaire d'un échangeur. L'appoint se fait au niveau du ballon soit par une résistance électrique, soit par un deuxième échangeur raccordé à une chaudière. Pour une utilisation classique du lavabo, de la douche et de la baignoire, un raccordement à la chaudière est avantageux. Ainsi on utilise la puissance de celle-ci et dans le cas d'un modèle moderne on bénéficie en plus d'une forte rentabilité, du faible taux d'émissions polluantes et des possibilités de régulation technique, notamment avec les systèmes solaires.

Chauffe Eau Solaire Individuel

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source Buderus

La régulation qui gère le fonctionnement de la pompe de circulation du circuit solaire est une régulation différentielle qui compare la température du capteur à celle du préparateur. Si le capteur est plus chaud que le ballon, la pompe se met en marche, sinon elle s'arrête.

Comparatif sommaire du coût des énergies

On obtient un ordre de grandeur du coût de chauffage d'une habitation en multipliant le coût de l'énergie (euros par kWh) par la consommation (en kWh/an).

Attention néanmoins à la valeur indicative et approximative du résultat qui ne donne qu'un ordre de grandeur. Les paramètres qui influent sont principalement la fluctuation des prix des énergies, la zone géographique, le niveau d'isolation thermique et de qualité de ventilation, meilleur par exemple pour l'énergie électrique.

Ce qui peut par exemple classer l'électricité comme source d'énergie très performante car la consommation avec isolation renforcée est forcément plus faible et peut ainsi donner une facture annuelle très économique.

Enfin, à prendre en complément les consommations des auxiliaires tels que pompes et autres qui peuvent accroitre de 10 à 15% les consommations et la facture énergétique.

L'orientation de ce comparatif doit également tenir compte du coût d'installation très différent entre une solution pompe à chaleur avec géothermie sol, une installation avec chaudière et plancher chauffant, une installation électrique avec émetteurs radiants dans chaque pièce.

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source Ajena

* Coût observés en novembre 2007 (en euros TTC par kWh) tenant uniquement compte du rendement des appareils et calculés pour le chauffage d'une maison individuelle de 100m2 située à Lons-le-Saunier, avec une isolation moyenne et pour la production d'eau chaude sanitaire pour une famille de 4 personnes soit 16 000 kWh/an.

* Rendements de chaudières "neuves"